CN114766076A - 车轮内置电动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的车轮内置电动装置与车轮连接，定子具备：芯材，其卷绕有线圈；逆变器电路部；固定部件，其固定对所述转子的旋转轴进行旋转支承的轴承；以及定子罩，其用于使所述芯材、所述逆变器电路部和所述固定部件一体化，所述逆变器电路部配置于所述芯材的第一线圈端侧，所述固定部件及所述定子罩形成：逆变器流路，其使制冷剂流向所述逆变器电路部；中继流路，其与所述逆变器流路相连，且与所述芯材的与所述第一线圈端侧相反的一侧的第二线圈端侧相连；以及第二线圈端侧流路，其与所述中继流路相连，且沿所述第二线圈端引导所述制冷剂。

Description

车轮内置电动装置

技术领域

本发明涉及一种车轮内置电动装置。

背景技术

以往，随着近年来的汽车、飞机的电动化，需要使马达高输出密度化，因此要求提高马达的冷却性能、使马达自身小型化的技术。

作为本申请发明的背景技术，已知有下述的专利文献。在专利文献1中公开了如下技术：在马达的定子两端部设置圆环状的油套，且在定子槽内设置轴向的制冷剂流路。另外，在专利文献2中公开了在轮胎车轮的内部搭载马达和逆变器电路部而一体化的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-145302号公报

专利文献2：日本特开2014-213622号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的技术中，其课题在于，由于使马达和电力变换器一体化，从而两设备的距离变近，热容易从马达向电力变换器传递。

另外，在专利文献2的技术中，在利用散热板的空冷方式的情况下，对于包含马达的冷却的发热量的冷却性能有可能不充分，导致电气零部件的寿命缩短、故障。

用于解决课题的方案

本发明的车轮内置电动装置具有与车轮连接的转子及定子，所述定子具备：芯材，其卷绕有线圈；逆变器电路部，其向所述线圈供给电力；固定部件，其固定对所述转子的旋转轴进行旋转支承的轴承；以及定子罩，其用于使所述芯材、所述逆变器电路部和所述固定部件一体化，所述逆变器电路部在所述旋转轴的轴向上配置于所述芯材的第一线圈端侧，所述固定部件及所述定子罩形成：逆变器流路，其使制冷剂流向所述逆变器电路部；中继流路，其与所述逆变器流路相连，且与所述芯材的与所述第一线圈端侧相反的一侧的第二线圈端侧相连；以及第二线圈端侧流路，其与所述中继流路相连，且沿所述第二线圈端引导所述制冷剂。

发明效果

根据本发明，能够兼顾车轮内置电动装置的冷却性能的提高和小型化。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的车轮内置电动装置的剖视图。

图2是图1的定子部分的A-A剖视图。

图3是图1的定子部分的B-B剖视图。

图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的车轮内置电动装置的剖视图。

图5是表示本发明的第三实施方式所涉及的车轮内置电动装置的剖视图。

图6是图5的定子部分的A-A剖视图。

图7是表示本发明的第四实施方式所涉及的车轮内置电动装置的剖视图。

图8是图7的定子部分的A-A剖视图。

图9是本发明的第五实施方式所涉及的芯材的立体图。

图10是表示本发明的第六实施方式所涉及的车轮内置电动装置的剖视图。

图11是图10的定子部分的A-A剖视图。

图12是图10的定子部分的B-B剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

(车轮内置电动装置的结构以及第一实施方式)

使用图1～3对本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示第一实施方式所涉及的车轮内置电动装置的结构的剖视图，图2、图3分别是图1的A-A剖视图、B-B剖视图。

作为本发明的第一实施方式所涉及的车轮内置电动装置的马达40以旋转轴R为中心呈圆环状，由定子1和转子2构成。另外，本实施方式的马达40是具有与车轮连接的转子2及定子1，且在定子1的外周侧隔着气隙3配置有转子2的外转子型的马达。

定子1具备定子铁芯6、固定部件7、定子罩9a、9b、逆变器电路部10、间隔件14a、14b、14c、以及隔壁23。各部分的详细内容将在后面叙述。

转子2具备永久磁铁5，且被由定子1的固定部件7固定的轴承4支承为旋转自如。永久磁铁5在转子2的周向上配置有多个。

定子铁芯6是芯材，通过热装等方法保持于固定部件7。在定子铁芯6的外周侧，沿周向以预定间隔设有沿轴向延伸的多个槽。在由槽形成的定子铁芯6的齿部卷绕有作为铜线的绕组8，作为线圈发挥功能。另外，将在旋转轴R的轴向上存在逆变器电路部10的一侧的线圈端设为第一线圈端8a，将与其相反的一侧设为第二线圈端8b。

固定部件7固定轴承4，将转子2支承为旋转自如，并且配置为在旋转轴R的径向上与定子1并排，形成沿定子1内流动的制冷剂的流路。另外，在后面对定子1内的制冷剂的流通结构进行叙述。

定子罩9a、9b被分为配置于车轮的开口部侧的第一罩9a和配置于车轮的里侧的第二罩9b。另外，定子罩9a、9b在定子1内的轴向两端分别形成空洞区域，以与固定部件7的一部分一起包围配置于空洞区域的定子铁芯6和逆变器电路部10的方式与固定部件7的一部分接合。通过该结构，使定子铁芯6、逆变器电路部和固定部件7一体化。

定子罩9a具有用于对马达40进行液冷的制冷剂16的流路入口13和流路出口27，能够使制冷剂16在后述的定子1内循环。而且，定子罩9a以将向马达40供给电力的逆变器电路部10收纳于定子1的内部且供后述的制冷剂16流动的方式向定子1的内径侧扩张。由此，形成使制冷剂流向逆变器电路部10的逆变器电路部冷却流路24。另外，逆变器电路部10在旋转轴R的轴向上配置于第一线圈端侧，具有由半导体元件构成的开关电路部(功率模块)12a、12b、12c。

如图1和图2所示，逆变器电路部10具有形成有开口部15a、15b、15c的圆环状的基板11和开关电路部12a、12b、12c。开关电路部12a、12b、12c分别与开口部15a、15b、15c相邻配置。由此，从流路入口13流入的制冷剂16如图1及图2所示的16a、16b、16c的箭头所示，经由开口部15a、15b、15c流向基板11的两面，由此能够使开关电路部12a、12b、12c从基板11的两面直接液冷。

隔壁23将在定子1内具备定子铁芯6的空间与具备逆变器电路部10的空间分开，端部与定子罩9a和固定部件7接合。由此，形成制冷剂16直接对上述的开关电路部12a、12b、12c进行液冷的逆变器电路部冷却流路24，并且抑制制冷剂向定子铁芯6侧的泄漏。

接着，对定子1内的制冷剂的流通结构进行说明。

如上所述，制冷剂16从设置于定子罩9a的流路入口13流入。流入的制冷剂16在基板11上沿周向扩展，并且如图1及图2所示，通过由间隔件14a、14b、14c划分出的径向的流路。由此，制冷剂16如图1及图2所示的箭头16a、16b、16c那样流动，在对开关电路部12a、12b、12c的单面进行冷却之后，通过设置于基板11的开口部15a、15b、15c。并且，制冷剂16绕至基板11的背面，朝向定子1的内径侧，并且对开关电路部12a、12b、12c的另一个面进行冷却。

接着，制冷剂16在基板11的背面沿周向流动，如图1及图2所示的箭头17所示，从由固定部件7形成的第一线圈端8a侧的中继流路入口19向与其相反的一侧的第二线圈端8b侧相连的中继流路18内流入。中继流路18是在固定部件7的外周部形成为圆环状的沟槽。如图3所示的箭头22所示，制冷剂16在中继流路18内沿周向流动而朝向中继流路出口20。

接着，到达中继流路出口20的制冷剂16如图1及图3所示的箭头21那样流入定子冷却流路25b。定子冷却流路25b是由固定部件7和定子罩9b形成的冷却流路，与中继流路18相连且将制冷剂16沿着第二线圈端8b引导。制冷剂16如图3所示的箭头26那样在定子冷却流路25b内沿周向流动。

接着，制冷剂16通过由定子铁芯6的槽沿轴向的连结，从定子铁芯6的第二线圈端8b侧的定子冷却流路25b向槽分流而穿过，并朝向第一线圈端8a侧的定子冷却流路25a。

最后，制冷剂16从定子冷却流路25a通过流路出口27，结束定子1的循环的一个周期。通过这样的制冷剂的流通结构，线圈以及开关电路部与制冷剂16直接接触，并且能够将逆变器电路部10、马达40以及它们的制冷剂流路紧凑地收纳于定子1的内部，能够同时实现高冷却化和小型化。另外，本实施方式所示的中继流路18对定子铁芯6进行冷却，并且能够防止定子1的热量向轴承4传导，从而能够对轴承4进行热保护。

另外，所说明的第一实施方式是外转子型的马达的情况，因此转子2保持于定子1的外周侧，中继流路18是位于比定子铁芯6靠内周侧的位置的构造。

根据以上说明的本发明的第一实施方式，起到以下的作用效果。

(1)作为车轮内置电动装置的马达40具有与车轮连接的转子2及定子1。定子1具备：芯材即定子铁芯6，其卷绕有作为线圈的绕组8；逆变器电路部10，其向绕组8供给电力；固定部件7，其固定对转子2的旋转轴R进行旋转支承的轴承4；以及定子罩9a、9b，其用于使芯材6、逆变器电路部和固定部件7一体化，逆变器电路部在旋转轴R的轴向上配置于芯材6的第一线圈端侧8a，固定部件以及定子罩9a、9b形成：逆变器流路24，其使制冷剂流向逆变器电路部；中继流路18，其与逆变器流路24相连且与第二线圈端侧8b相连，该第二线圈端侧8b位于与第一线圈端8a侧相反的一侧；以及第二线圈端侧流路25b，其与中继流路18相连且将制冷剂导向第一线圈端侧8a。由此，能够兼顾车轮内置电动装置的冷却性能的提高和小型化。

(2)车轮内置电动装置的逆变器电路部具有由半导体元件构成的开关电路部，线圈以及开关电路部与制冷剂直接接触。这样，能够高效地冷却马达40。

(3)车轮内置电动装置的定子罩9a、9b具有：第一罩9a，其配置于车轮的开口部侧；以及第二罩9b，其配置于车轮的里侧，第一罩9a及第二罩9b分别与固定部件7的一部分接合，且与制冷剂接触。因此，能够对定子1整体进行直至各个角落的冷却。

(4)车轮内置电动装置的转子2保持于定子1的外周侧，中继流路18位于比芯材6靠内周侧。由此，在外部型的转子的情况下，能够利用制冷剂将芯材6与逆变器电路部之间隔开，并且能够高效地冷却双方。

(第二实施方式)

使用图4对本发明的第二实施方式进行说明。图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的车轮内置电动装置的结构的剖视图。

作为本发明的第二实施方式所涉及的车轮内置电动装置的马达40A由定子1A和转子2构成。定子1A是在本发明的第一实施方式的定子罩9a、9b设置有车外侧凸缘29和车身侧凸缘30的构造。在该情况下，定子罩9a和9b分为外周圆筒部和侧面圆盘部，车外侧凸缘29和车身侧凸缘30用于连接这两个部分。

车身侧凸缘30形成为凸缘面比作为第一罩的定子罩9a的定子的外周圆筒面向外侧突出设置的第一连接部。另外，车外侧凸缘29形成为凸缘面设置于比作为第二罩的定子罩9b的外周圆筒面靠内侧的第二连接部。

根据以上说明的本发明的第二实施方式，起到以下的作用效果。

(5)车轮内置电动装置的第一罩9a具有比定子1A的外周圆筒面向外侧突出设置的第一连接部，第二罩具有设置于比外周圆筒面靠内侧的第二连接部。因此，在马达40为外转子型的情况下，能够在不与车外侧凸缘29干涉的情况下将定子1插入转子2的内径侧。另外，在将逆变器电路部10收纳于定子罩9a内时，车身侧凸缘30与逆变器电路部10的基板11不会发生干涉。由此，能够提高在定子罩内收纳有逆变器电路部10的外转子型马达的组装性。

(第三实施方式)

使用图5、图6对本发明的第三实施方式进行说明。图5是表示本发明的第三实施方式所涉及的车轮内置电动装置的结构的剖视图，图6是图5的A-A剖视图。

作为本发明的第三实施方式所涉及的车轮内置电动装置的马达40B由定子1B和转子2构成。定子1B在本发明的第一实施方式的固定部件7上，在周向上具备多个用于支承逆变器电路部10的基板11的基板支承部31。另外，如图5、图6所示，基板11通过基板固定螺栓32a、32b、32c、32d固定于基板支承部31。

如图5所示，基板支承部31设置为从中继流路18的内径侧突出并支承逆变器电路部10的电路支承部，由此，逆变器电路部10在旋转轴R的径向上被分为第一电路部和第二电路部。第二电路部配置于基板支承部31b的内周侧。通过该构造，来自定子铁芯6的热被中继流路18冷却除去，因此热难以在基板11中传递到第二电路部。

另外，在基板11中，在比基板支承部31b靠外周侧设置有第一电路部，该第一电路部配置有耐热性比较高的零部件，在比基板支承部31b靠内周侧设置有第二电路部，该第二电路部配置有电容器等低耐热零部件35。由此，能够保护低耐热零部件35不受热影响。

根据以上说明的本发明的第三实施方式，起到以下的作用效果。

(6)车轮内置电动装置的固定部件7具有从比中继流路18靠内径侧朝向逆变器电路部10突出且支承逆变器电路部10的电路支承部31，逆变器电路部10具有配置于比电路支承部31靠外周侧的第一电路部、和配置于比电路支承部31靠内周侧的第二电路部。因此，能够分开配置耐热性高的零部件和不是这样的零部件。

(7)在车轮内置电动装置的第二电路部配置有耐热性比配置于第一电路部的零部件低的低耐热零部件35。因此，能够保护电容等低耐热零部件35不受热影响。

(第四实施方式)

使用图7、8对本发明的第四实施方式进行说明。图7是表示本发明的第四实施方式所涉及的车轮内置电动装置的结构的剖视图，图8是图7的A-A剖视图。

作为本发明的第四实施方式所涉及的车轮内置电动装置的马达40C由定子1C和转子2构成。定子1C在本发明的第一实施方式的固定部件7上具备环状基板支承部33，该环状基板支承部33作为从比中继流路18靠内径侧突出至逆变器电路部10且支承逆变器电路部10的基板11的第一电路支承部。另外，作为从第一罩9a突出的第二电路支承部，在基板11与车身侧的定子罩9a之间插入有环状支承部件34，通过基板固定螺栓32将基板11及环状支承部件34固定于环状基板支承部33。

基板11成为具有被环状基板支承部33和环状支承部件34夹持的被夹持部的构造，通过该构造，能够将逆变器电路部10分为设置于被夹持部的外周侧的第一电路部和设置于被夹持部的内周侧的第二电路部。由此，第二电路部比第一电路部耐热低，因此能够将收容有低耐热零部件35的低耐热零部件收容空间36与逆变器电路冷却流路24完全隔离。另外，在低耐热零部件35对冷却制冷剂无耐性(例如制冷剂为油的情况下为耐油性)的情况下，能够防止低耐热零部件35暴露于冷却制冷剂，例如，能够仅对第二电路部进行空冷。

根据以上说明的本发明的第四实施方式，起到以下的作用效果。

(8)车轮内置电动装置的固定部件7具有第一电路支承部33，该第一电路支承部33在比中继流路18靠内周侧朝向逆变器电路部10突出且支承逆变器电路部10，第一罩9a具有第二电路支承部34，该第二电路支承部34与第一电路支承部33对置配置，并朝向逆变器电路部10向与第一电路支承部33相反的方向突出，逆变器电路部10具有被夹持部，该被夹持部被第一电路支承部33和第二电路支承部34夹持，被夹持部具有：第一电路部，其将逆变器电路部10设置于被夹持部的外周侧，以及第二电路部，其将逆变器电路部10设置于被夹持部的内周侧，第二电路部具有比第一电路部低的耐热。由此，能够将第二电路部从第一电路部完全隔离，在第二电路部配置低耐热零部件。

(9)车轮内置电动装置的第二电路部为空冷式。因此，能够在第二电路部中配置对冷却制冷剂无耐性的零部件。

(第五实施方式)

使用图9对本发明的第五实施方式进行说明。图9是本发明的第五实施方式所涉及的芯材6D的立体图。

芯材6D位于本发明的第一实施方式中的定子铁芯6的外周侧，作为第一罩及第二罩的定子罩9a、9b由圆筒罩部件形成外周侧圆筒部，通过金属制的托架部件形成轴向。圆筒罩部件使用通过传递模塑形成的分体的树脂材料37。通过实施这样的模塑，与转子2对置的定子1的外周部不会暴露于强的交变磁场，不会因在该部位使用金属的部件而产生涡电流的损失。由此，能够避免温度的上升、效率的降低等问题。

根据以上说明的本发明的第五实施方式，起到以下的作用效果。

(10)车轮内置电动装置的第一罩9a和第二罩9b分别具有：圆筒罩部件，其形成沿着芯材的外周面配置的外周圆筒部；以及金属制托架部件，其沿着芯材的所述轴向的端面配置，圆筒罩部件是树脂材料37。由此，不会产生涡电流的损失，因此能够避免马达40的温度的上升、效率的降低。

(第六实施方式)

使用图10～12对本发明的第六实施方式进行说明。图10是表示第六实施方式所涉及的车轮内置电动装置的结构的剖视图，图11、图12分别是图10的A-A剖视图、B-B剖视图。

作为本发明的第六实施方式所涉及的车轮内置电动装置的马达40E是与外转子型的第一实施方式不同类型的内转子型的马达。

马达40E由定子1E和转子2E构成。在定子1E的内周侧隔着气隙3配置有转子2E，转子2E被轴承4E支承为旋转自如。另外，定子铁芯6通过热装等方法保持于定子框架28。

由于中继流路入口19的半径位置不同，因此代替间隔件14c而设置间隔件14d、14e、14f，将制冷剂16引导至中继流路入口19。

本实施方式中，制冷剂从定子冷却流路25b的外周侧流入。因此，转子2保持于马达40的内周侧，中继流路18E成为位于比芯材6靠外周侧的构造。由此，即使在马达为内转子型的情况下，也能够将逆变器电路部10与芯材6以及它们的制冷剂流路紧凑地收纳于定子1的壳体内部，能够同时实现马达40的高冷却化和小型化。

根据以上说明的本发明的第六实施方式，起到以下的作用效果。

(11)车轮内置电动装置E的转子2E保持在马达40E的内周侧，中继流路18E位于比芯材6靠外周侧。因此，在内转子型的马达40E的情况下，也能够实现能够在定子1E内循环的制冷剂的流通构造。

以上，各实施方式和各种变形例仅是一个例子，只要不损害发明的特征，本发明并不限定于这些内容。同时，在上述中，对各种实施方式、变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。

符号说明

1、1A、1B、1C、1E：定子；2、2E：转子；3：气隙；4、4E：轴承；5、5E：永久磁铁；6、6D：定子铁芯(芯材)；7、7B、7C：固定部件；8：绕组；8a：第一线圈端；8b：第二线圈端；9a、9b：定子罩；10：逆变器电路部；11：基板；12a、12b、12c：开关电路部；13：流路入口；14a、14b、14c、14d、14e、14f：间隔件；15a、15b、15c：基板的开口部；16：制冷剂；16a、16b、16c：制冷剂的流向；17：向中继流路入口流入的制冷剂的流向；18、18E：中继流路；19：中继流路入口；20：中继流路出口；21：从中继流路出口流出的制冷剂的流向；22：中继流路内的制冷剂的流向；23：隔壁；24：逆变器电路部冷却流路；25a、25b：定子冷却流路；26：定子冷却流路25b内的制冷剂的流向；27：流路出口；28：定子框架；29：车外侧凸缘；30：车身侧凸缘；31、31b：基板支承部；32a、32b、32c、32d：基板固定螺栓；33：环状基板支承部；34：环状支承部件；35：低耐热零部件(电容)；36：低耐热零部件收容空间；37：树脂材料；40：马达；R：旋转轴。

Claims (11)

1.一种车轮内置电动装置，其具有与车轮连接的转子及定子，

所述车轮内置电动装置的特征在于，

所述定子具备：

芯材，其卷绕有线圈；

逆变器电路部，其向所述线圈供给电力；

固定部件，其固定对所述转子的旋转轴进行旋转支承的轴承；以及

定子罩，其用于使所述芯材、所述逆变器电路部和所述固定部件一体化，

所述逆变器电路部在所述旋转轴的轴向上配置于所述芯材的第一线圈端侧，

所述固定部件及所述定子罩形成：逆变器流路，其使制冷剂流向所述逆变器电路部；中继流路，其与所述逆变器流路相连，且与所述芯材的与所述第一线圈端侧相反的一侧的第二线圈端侧相连；以及第二线圈端侧流路，其与所述中继流路相连，且沿所述第二线圈端引导所述制冷剂。

2.根据权利要求1所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述逆变器电路部具有由半导体元件构成的开关电路部，

所述线圈及所述开关电路部与所述制冷剂直接接触。

3.根据权利要求2所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述定子罩具有：第一罩，其配置于所述车轮的开口部侧；以及第二罩，其配置于所述车轮的里侧，

所述第一罩及所述第二罩分别与所述固定部件的一部分接合，并与所述制冷剂接触。

4.根据权利要求3所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述转子保持在所述定子的外周侧，

所述中继流路位于比所述芯材靠内周侧。

5.根据权利要求4所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述第一罩具有比所述定子的外周圆筒面向外侧突出设置的第一连接部，

所述第二罩具有比所述外周圆筒面靠内侧设置的第二连接部。

6.根据权利要求4所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述固定部件具有电路支承部，该电路支承部在比所述中继流路靠内周侧朝向所述逆变器电路部突出，且支承所述逆变器电路部，

所述逆变器电路部具有：第一电路部，其配置于比所述电路支承部靠外周侧；以及第二电路部，其配置于比所述电路支承部靠内周侧。

7.根据权利要求6所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

在所述第二电路部配置耐热性比配置于所述第一电路部的零部件低的低耐热零部件。

8.根据权利要求4所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述固定部件具有第一电路支承部，该第一电路支承部在比所述中继流路靠内周侧朝向所述逆变器电路部突出，且支承所述逆变器电路部，

所述第一罩具有第二电路支承部，该第二电路支承部与所述第一电路支承部对置配置，且朝向所述逆变器电路部向与所述第一电路支承部相反的方向突出，

所述逆变器电路部具有被所述第一电路支承部和所述第二电路支承部夹持的被夹持部，

所述被夹持部具有：第一电路部，其将所述逆变器电路部设置于所述被夹持部的外周侧；以及第二电路部，其将所述逆变器电路部设置于所述被夹持部的内周侧，

所述第二电路部的耐热比所述第一电路部低。

9.根据权利要求8所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述第二电路部为空冷式。

10.根据权利要求4所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述第一罩以及所述第二罩分别具有：

圆筒罩部件，其形成沿着所述芯材的外周面配置的外周圆筒部；以及

金属制的托架部件，其沿着所述芯材的所述轴向的端面配置，

所述圆筒罩部件为树脂材料。

11.根据权利要求3所述的车轮内置电动装置，其特征在于，

所述转子保持在所述定子的内周侧，

所述中继流路位于比所述芯材靠外周侧。

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